JP4221929B2 - マルチノズルインクジエットヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、圧力室に圧力を与えて、ノズルからインク滴を噴射するためのインクジエットヘッドに関し、特に、圧電体列からの電極引き出しを同素子積層体で行うマルチノズルインクジエットヘッドに関する。
【０００２】
【背景技術】
インクジェット記録ヘッドは、ノズル，インク室，インク供給系，インクタンク，トランスジューサを備え、トランスジューサで発生した変位・圧力をインク室に伝達することによって、ノズルからインク粒子を噴射させ、紙等の記録媒体上に文字や画像を記録する。
【０００３】
一般に良く知られている方式は、トランスジューサとして、インク室の外壁に片面全体が接着された薄板状の圧電素子を用いる。この圧電素子にパルス状の電圧を加え、圧電素子とインク室外壁からなる複合板を撓ませ、撓みによって生じた変位・圧力をインク室の外壁を介してインク室内に伝達するものである。
【０００４】
従来のマルチノズルインクジェットヘッド１００の斜視断面図を図２１に示す。図２１に示すように、ヘッド１００は、１列の圧電体１１１と、該圧電体上に形成された個別電極１１２と、ノズル１１３が設けられたノズル板１１４と、ノズル板１１４と共にノズル１１３に各々対応するインク室１１５を形成する金属または樹脂からなるインク室壁１１７と、振動板１１６で構成されている。
【０００５】
各インク室１１５に対して、ノズル１１３および圧電体１１１が設けられ、インク室１１５の周辺と対応する振動板１１６の周辺は強固に接続されている。個別電極１１２に電圧の印加された圧電体１１１は、それぞれ対応する振動板１１６の部分を図中点線にて示す様に変形させる。これにより、ノズル１１３から、インク滴が噴射される。
【０００６】
個々の圧電体１１１への電圧印加は、印字装置本体からの電気信号をプリント基板を介して個別に行われる。図２２は、従来のヘッドとプリント基板との接続構成を示す図である。図２２の例では、ヘッド１００は、８列、８行のノズル１１３、即ち、圧電体１１１、個別電極１１２を有している。これに対し、装置のドライバ回路と、各個別電極１１２とを接続するため、フレキシブルプリント基板１１０が設けられている。
【０００７】
従来技術では、この各個別電極１１２と、プリント基板１１０の各端子を接続するため、ワイヤボンデイングにより、ワイヤ１２０で接続していた。又、ＦＰＣ配線板を直接接続したものも知られている。
【０００８】
一方、印刷解像度の向上の要求により、ヘッドのノズル配置の高密度化が要求されている。ノズル密度が高くなると、端子（個別電極）の接点間隔が近くなってくる。例えば、現在、圧電体を用いたヘッドのノズル密度は１５０ｄｐｉ程度であるが、１８０〜３００ｄｐｉ、更には３６０ｄｐｉに進んでおり、接点間隔が小さくなりつつある。これに対し、現状では、半導体製造のワイヤーボンディングでの接点間隔は、１５０ｄｐｉが最高であり、ＦＰＣ接続でも３００ｄｐｉ接点を開発中である。
【０００９】
このため、従来のように、圧電体１１１の上部もしくは近辺に接点１１１を設けて電気的接続を行う事は、隣接点との連結（短絡）の問題が生じる。又、多点を短時間に接続するには、圧電体１１１にかかる荷重が非常に高くなり、薄い膜の圧電体では、破壊の恐れがあり、接続が非常に困難になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧力室の駆動部から離れた位置で接続を行い、接続時に荷重が掛かっても、駆動特性への影響を防止するためのマルチノズルインクジエットヘッドを提供することにある。
【００１１】
又、本発明の他の目的は、引き出す配線部分が圧電体アクチュエータの積層構造を有していても、入力波形に対する圧電体の駆動動作の遅れを防止するためのマルチノズルインクジエットヘッドを提供することにある。
【００１２】
更に、本発明の更に他の目的は、引き出す配線部分が圧電体アクチュエータの積層構造を有していても、配線部分の圧電体の伸縮を防止するためのマルチノズルインクジエットヘッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成のため、本発明のマルチノズルインクジエットヘッドの一態様は、複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、 前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層と、前記配線部の領域の前記圧電体層と前記振動板との間に設けられた低誘電率層又は絶縁層とを有する。
【００１４】
先ず、本発明は、本出願人により１９９９年１２月１０日付けでＰＣＴ出願（ＰＣＴ／ＪＰ９９／０６９６０）された新規なマルチノズルインクジエットヘッドの構造を前提とする。この構造は、圧力室以外の領域にも圧電体層を設け、この上に個別電極からの配線部を形成し、圧力室の圧電体列より離れた位置で、ヘッド外部と接続を行うことを可能とするものである。
【００１５】
本発明は、更に、この構造のヘッドの特性を改善するものであり、配線部が圧電体アクチュエータの積層構造を有している為に起因する特性の低下を改善するものである。即ち、前記構造では、配線部分の静電容量が加算され、入力波形に対する圧電体の駆動動作に遅れが生じ、又、配線部分の圧電体が伸縮し、ヘッドの構造的障害（構造的クロストーク・接合部の剥がれ等）が発生するおそれがあった。
【００１６】
本発明のこの態様では、配線部の領域の圧電体層と振動板との間に低誘電率層又は絶縁層を形成することで、配線部分の静電容量を低下させることができる。このため、静電容量に起因する駆動動作の遅れを防止し、且つヘッドの構造的障害を防止できる。
【００１７】
又、本発明のマルチノズルインクジエットヘッドでは、低誘電率層又絶縁層は、圧電体層間を平坦化する平坦化層で構成されることにより、平坦化層の形成工程で、かかる静電容量を低下するための層を形成でき、工程を短縮できる。
【００１８】
本発明の他の態様のマルチノズルインクジエットヘッドは、複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層とを有し、前記振動板は、前記配線部の領域以外の領域に設けられた。
【００１９】
本発明のこの態様では、配線部分は振動板を形成しないため、配線部分の静電容量をなくすことができる。又、配線部分の圧電体の伸縮を防止できる。
【００２０】
又、本発明のマルチノズルインクジエットヘッドでは、前記配線部の領域で、前記振動板と同じ層位置に、絶縁層を設けることにより、配線部の断線を防止できる。
【００２１】
本発明の更に他の態様のマルチノズルインクジエットヘッドは、複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層とを有し、前記振動板は、前記配線部の領域以外の領域に設けられた共通電極層と、剛体層とを有する。
【００２２】
本発明のこの態様は、積層型の振動板（電極層と機械的強度を有する剛性層）の構造を有するヘッドで、配線部分は振動板の電極層を形成しないようにして、配線部分の静電容量を無くし、且つ、配線部分の伸縮も無くした構成とする。
【００２３】
本発明のマルチノズルインクジエットヘッドでは、前記剛体層を、前記配線部と前記個別電極部との両方の領域に設けることにより、配線部の断線を防止できる。
【００２４】
本発明の他の目的、形態は、以下の実施の形態の説明及び図面の記載から明らかとなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動特性への影響を防止するためのマルチノズルインクジエットヘッドを提供することができる。
【００２６】
【発明を実施するための最良の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図と共に説明する。
【００２７】
図１は、インクジエットヘッドを用いたインクジェット記録装置の側面図である。図中、１は、記録媒体であり、インクジェット記録装置によって印字等の処理が施される。２は、インクジェット記録ヘッドであり記録媒体１にインクを噴射する。３は、インクタンクであり、インクジェット記録ヘッド２にインクを供給する。４は、キャリッジであり、インクジェット記録ヘッド２とインクタンク３を搭載している。
【００２８】
５は、送りローラ、６は、ピンチローラであり、記録媒体１を挟持して、インクジェット記録ヘッド２へと搬送する。７は、排出ローラ、８は、ピンチローラであり、記録媒体１を挟持して、排出方向へと搬送する。９は、スタッカであり、排出された記録媒体１を収納する。１０は、プラテンであり、記録媒体１を押さえる。
【００２９】
このインクジェット記録ヘッド２は、電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより生じた圧力によってインクを噴射することにより、媒体に印字等の処理を行っている。
【００３０】
図２は、図１のヘッドの周辺部の構成図である。ヘッド２の本体２３は、インクタンク３の支持枠２０を有している。支持枠２０には、インク供給穴２４が設けられている。インクタンク３には、インク供給口３１が設けられている。ヘッド本体２３の支持枠２０に、インクタンク３をセットすることにより、インクタンク３のインクが、ヘッド本体２３に供給される。従って、インクタンク３は、ヘッド２３に対し、交換可能である。
【００３１】
ヘッド本体２３は、多数のノズルを有している。ここでは、ヘッド本体２３には、ノズルの個別電極２１が示されている。この個別電極２１は、前述の支持枠２０内に設けられている。ヘッド本体２３の支持枠２０の外側には、各個別電極２１及び共通電極の接続端子２２が設けられている。この接続端子２２は、後述するように、個別電極２１と接続されている。この接続端子２２には、フレキシプルプリントケーブル（ＦＰＣ）１１の端子が接続される。従って、ＦＰＣ１１の接続により、ノズル部の構造は、荷重を受けない。このため、ノズル密度が高くなり、端子間隔が小さくなっても、ノズル部に影響を与えずに、接続が可能である。
【００３２】
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の前提となる本出願人により１９９９年１２月１０日付けでＰＣＴ出願（ＰＣＴ／ＪＰ９９／０６９６０）された新規なマルチノズルインクジエットヘッドの構造を、図３乃至図５により説明する。図３は、ヘッドの上面図、図４は、図３のＡ−Ａ断面図、図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００３３】
図４に示すように、ヘッド基板２８には、共通インク路２５と、これに接続された多数の圧力室２６と、圧力室２６に接続されたノズル２７とが形成されている。このヘッド基板２８は、半導体プロセスにより形成される。このヘッド基板２８の各圧力室２６を覆うように、振動板４０が設けられている。振動板４０は、例えば、Ｃｒ等の導電膜で形成され、共通電極の機能を果す。
【００３４】
振動板４０の上には、圧電層４１が設けられる。この圧電層４１は、各圧力室２６に対し、独立に設けられる。この圧電層４１上に、個別電極層４２が設けられる。この個別電極層４２も、各圧電層４１に、独立に設けられる。
【００３５】
図３に示すように、個別電極層４２は、各圧力室２６の位置に配置された個別電極４２−３と、ヘッド２３の端部に配置された端子４２−１と、これらを接続する接続部４２−２とを備える。従って、ヘッド本体２３の外周に配置された端子４２−１を用いて、外部のＦＰＣ１１と接続でき、圧力室２６の圧電層４１及び個別電極４２−３に荷重をかけずに接続できる。このため、高密度のノズルを形成するため、圧電層４１及び個別電極４２−３が、ミクロン単位に薄くなっても、駆動部分の損傷を防止できる。
【００３６】
この構造において、図４及び図５に示すように、個別電極層４２の配線部分である接続部４２−２、端子４２−３の下にも、圧電層４１が存在し、圧電アクチェータの積層構造を形成している。圧電層４１の期待されている機能は、圧力室２６へ、インク噴出のエネルギーを与えることであり、配線部分の圧電層４１は、不要である。
【００３７】
しかし、高密度のノズルのヘッドを形成するには、各部の寸法が、ミクロン単位となるため、半導体プロセスを用いて作成する必要がある。このようにすると、個別電極層４２と、圧電層４１は、ともに圧力室２６毎に、形成するため、同一のマスクで形成したほうが、製造工程上有利である。又、個別の圧電層４１を形成するため、金属をエッチングする場合には、個別電極層４２を損傷せずに、形成することは、極めて困難であり、実現が難しい。このため、前述の先の出願では、配線部分にも、圧電層を残していた。
【００３８】
上記に示した様な薄膜圧電体を用い、高密度なノズル配置を有するヘッドにおいて、配線を圧電体列より離れた位置まで引き出した場合には、以下に示す改良すべき点があることが判った。
【００３９】
第１に、引き出す配線部分が、圧電体アクチュエータの積層構造を有している為、配線部分の静電容量が加算されるため、入力波形に対する圧電体の駆動動作に遅れが生ずる。
【００４０】
第２に、引き出す配線部分が圧電体アクチュエータの積層構造を有している為、配線部分の圧電体が伸縮し、ヘッドの構造的障害（構造的クロストーク・接合部の剥がれ等）が発生する。
【００４１】
これを解決するため、本発明では、配線部分の圧電体の影響を抑圧するものであり、以下、実施の形態を説明する。
【００４２】
［第１の実施の形態］
図６は、本発明の第１実施の形態のインクジェットヘッド２３の構成斜視図であり、図７乃至図９は、本発明の第１実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【００４３】
図６に示すように、インクジェットヘッド２は、大略すると基板２０、振動板４０、本体部２８、ノズル板２９、及びインク吐出エネルギー発生部等により構成されている。本体部２８は、後述するように、ドライフィルムを積層した構造を有しており、その内部に複数の圧力室（インク室）２６と、インクの供給路となるインク通路２５とが形成されている。また、この圧力室２６の図中上部は開放部とされると共に、下面にはインク導通路３２が形成されている。
【００４４】
また、本体部２８の図中下面には、ノズル板２９が配設されると共に、上面には振動板４０が配設されている。ノズル板２９は、例えばステンレスによりなり、インク導通路３２と対向する位置にノズル２７が形成されている。
【００４５】
また、本実施例では、振動板４０はクロム（Ｃｒ）を用いており、その上部にはエネルギー発生部が配設されている。基板２０は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）により形成されており、その中央位置には開口部３３が形成されている。エネルギー発生部は、この開口部３３により露出された振動板４０上に形成されている。
【００４６】
エネルギー発生部は、前記した振動板４０（共通電極としても機能する），個別電極４２−３及び圧電体４１により構成されている。このエネルギー発生部は、本体部２８に複数形成されている圧力室２６の形成位置と対応する位置に形成されている。
【００４７】
個別電極４２は、例えば白金（Ｐｔ）よりなり、圧電体４１の上面に形成されている。また、圧電体４１は、圧電気を生じる結晶体であり、本実施例では、各圧力室２６の形成位置にそれぞれ独立して形成された構成となっている（即ち、隣接するエネルギー発生部は連続していない）。
【００４８】
また、本ヘッドは、基板２０の開口部３３の外部に、積層体構造のまま引き出された個別電極の端子部４２−１を有している。更に、端子部４２−１は、個別電極４２−３と、接続部４２−２で接続されており、一体の電極層で形成されている。
【００４９】
本実施の形態で特徴的な点は、配線部分の位置、即ち、圧力室２６から壁面２８に入った所で、振動板４０と圧電体４１の間に、低誘電率層（又は絶縁層）４４を設けている。従って、配線部分の静電容量は、小さくなり、個別電極４２に駆動電圧を印加する場合に、入力波形に対する圧電体の駆動動作の遅れを防止できる。即ち、高速の駆動が可能となり、しかもインクの粒子化速度の低下を防止できる。
【００５０】
又、上記構成とされたインクジェットヘッドにおいて、共通電極としても機能する振動板４０と個別電極４２−３との間に電圧印加をすると、圧電体４１は、圧電気現象により歪みを発生する。このように圧電体４１に歪みが発生するが、剛体である振動板４０はそのままの状態を保とうとする。このため、例えば電圧印加によって圧電体４１が縮む方向に歪んだ場合には、振動板４０側を凸とする変形が起こる。該振動板４０は、圧力室２６の周囲で固定されているため、振動板４０が、図中破線で示すよう、圧力室２６に向け、凸に変形する。
【００５１】
よって、圧電体４１の歪みに伴う振動板４０の変形により、圧力室２６内のインクは加圧され、インク導通路３２及びノズル２７を介して外部に吐出され、これにより記録媒体に印刷が行なわれる。
【００５２】
上記構成において、本実施例に係るインクジェットヘッド２は、振動板４０及びエネルギー発生部である個別電極４２，圧電体４１を薄膜形成技術を用いて形成している（詳細な製造方法については、後述する）。
【００５３】
このように、振動板４０及びエネルギー発生部を薄膜形成技術を用いて形成するにより、薄くかつ微細化されたエネルギー発生部を高精度にかつ高信頼性をもって形成することができる。よって、インクジェットヘッド２の低消費電力化を図ることができると共に、高解像度の印刷を可能とすることができる。
【００５４】
また、本実施例では、各エネルギー発生部が圧力室２６に対応する位置で分割された構成としている。即ち、各エネルギー発生部は、隣接するエネルギー発生部に拘束されることなく変位することができる。よって、インク吐出に必要とされる印加電圧を低くするこができ、これによってもインクジェットヘッドの低消費電力化を図ることができる。
【００５５】
ここで、前述のように、配線部分において、圧電体４１と、振動板４０との間に、低誘電率層（又は絶縁層）４４を形成しているため、配線部分の静電容量が小さくなり、前述の駆動電圧を印加した際に、入力波形に対する駆動の遅れを小さくできる。又、配線部分の圧電体への実効印加電圧も小さくなり、この部分での圧電体の動作を抑えることができる。このため、クロストークや接合部の剥がれを防止できる。
【００５６】
次に、上記構成のインクジェットヘッド２の製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。
【００５７】
インクジェットヘッド２を製造するには、先ず図７（Ａ）に示されるように、基板２０を用意する。本実施例では、基板２０として厚さが０．３ｍｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶体を用いている。この基板２０上には、薄膜形成技術であるスパッタリング法を用い、個別電極層４２（以下、単に電極層という），圧電体層４１を順次形成する。
【００５８】
具体的には、先ず図７（Ｂ）に示すように基板２０上に電極層４２を形成し、続いて図７（Ｃ）に示すように電極層４２上に圧電体層４１を形成する。尚、本実施例では、電極層４２の材質として白金（Ｐｔ）を用いている。
【００５９】
この後、上記積層体を後に形成する圧力室に対応する位置に分割するためのミリングパターンをドライフィルムレジスト（以下、ＤＦ−１と記す）にて形成する。図７（Ｄ）は，ＤＦ−１パターン５０を形成した状態を示しており、前記電極層４２と圧電体層４１の残す部分にＤＦ−１パターン５０を形成している。本実施例では、ＤＦ−１としてＦＩ−２１５（東京応化製；アルカリタイプレジスト、１５μｍ厚）を用い、２．５ｋｇｆ／ｃｍ・１ｍ／ｓ・１１５℃でラミネートした後、ガラスマスクで１２０ｍＪの露光を行ない、６０℃・１０ｍｉｎの予備加熱、室温までの冷却を行なった後、１ｗｔ．％のＮａ２ＣＯ３溶液での現像を行ないパターン形成した。
【００６０】
この基板を銅ホルダーに熱伝導性の良好なグリス（ＡＰＩＥＺＯＮ Ｌ Ｇｒｅａｓｅ）にて固着し、照射角度１５°でＡｒガスのみを用いて７００Ｖでミリングを行なった。その結果、図７（Ｅ）のような形状となり、ミリング部分５１の深さ方向のテーパ角は、面に対して８５°以上の垂直性となった。
【００６１】
更に、（図示しないが）レジスト層５０を剥離した後、再度全面にレジストをラミネートして、駆動素子部からの引き出し線部（配線部分）のみ開口するパターンを形成し、ミリングを行った。ミリングは圧電体層４１が０．７μｍ削れるまで行った。尚、後工程にある平坦化樹脂の平坦化率が８０％以上であるので、圧電体４１が２〜３μｍの場合には、最大窪みが約０．６μｍ発生するため、０．７μｍの厚さを形成すれば、この部分の平坦化樹脂が必ず残る。
【００６２】
この後、図８（Ｆ）に示すようにＤＦ−１ ５０を除去し、図８（Ｇ）に示すように、振動板４０を平坦に形成するためと、ミリング部分での上部電極（電極層４２）と共通電極である振動板４０との絶縁を行なうために、絶縁性を有する平坦化層５２をミリング部分に形成する。
【００６３】
その後、図８（Ｈ）に示すように積層型の振動板４０をスパッタにて成膜を行なうことで、アクチュエータ部が形成できる。振動板４０は、Ｃｒを全面に１．５μｍスパッタにて形成した。
【００６４】
上記のように、薄膜形成技術を用いた各層４２〜４０の形成処理が終了すると、続いて図９（Ｉ）に示すように、各層４２〜４０の各圧電体に対応する位置に、圧力室開口部２８−１，２６を形成する。本実施例では、溶剤型のドライフィルムレジスト（以下、ＤＦ−２と記す）２８−１を用いて形成した。用いたＤＦ−２はＰＲ−１００シリーズ（東京応化製）で、２．５ｋｇｆ／ｃｍ・１ｍ／ｓ・３５℃でラミネートした後、ガラスマスクを用いて、（図示しない）上記記載のミリング時の圧電体４２（電極層４１も）パターン内のアライメントマークを用いてアライメントし、１８０ｍＪの露光を行ない、６０℃・１０ｍｉｎの予備加熱、室温までの冷却を行なった後、Ｃ−３，Ｆ−５（東京応化製）溶液での現像を行ないパターン形成した。
【００６５】
一方、圧力室２６を有した本体部２８−２及びノズル板２９は、上記した工程と別工程を実施することにより形成される。圧力室２６を有した本体部２８−２は、ノズル板２９（図示しないアライメントマーク付）にドライフィルム（東京応化製溶剤型ドライフィルムＰＲシリーズ）をラミネート・露光を必要回数だけ現像することにより形成される。
【００６６】
具体的な本体部２８−２の形成方法は、次の通りである。即ち、ノズル板２９（厚さ２０μｍ）上に、ノズル２７（２０μｍ径、ストレート穴）まで圧力室２６からのインクを誘導し、且つインクの流れを一方向に揃えるためのインク導通路３２（６０μｍ径；深さ６０μｍ）のパターンを、ノズル板２９のアライメントマークを用いて露光し、続いて圧力室２６（幅１００μｍ，長さ１７００μｍ，厚さ６０μｍ）を、インク通路３２と同様に、ノズル板２９のアライメントマークを用いて露光し、その後１０分の自然放置（室温）と加熱硬化（６０℃，１０分）を行い、溶剤現像によりドライフィルムの不要部分を除去する。
【００６７】
上記のように形成されたノズル板２９が設けられた本体部２８−２は、図９（Ｊ）に示すように、アクチュエータ部を有するもう一方の本体部２８−１（図８（Ｉ））に接合される（接合固定）。この際、圧力室２６の部分で本体部２８−１，２８−２が精度よく対向するよう接合処理される。接合は、圧電体部のアライメントマークとノズル板に形成したアライメントマークを用い、荷重１５ｋｇｆ／ｃｍ２で８０℃・１時間の予備加熱後、本接合を１５０℃・１４時間行い、自然冷却して行なう。
【００６８】
続いて、アクチュエータが振動できるように駆動部の基板除去を行なう。即ち、ノズル板２９が下側になるよう基板２０を上下反転すると共に、この基板２０の略中央部分をエッチングにより除去することにより開口部を形成する（除去工程）。
【００６９】
この開口部の形成位置は、少なくともエネルギー発生部（図６参照）により振動板４０が変形する変形領域と対応するよう選定されている。このように基板２０を除去して、開口部３３を形成することにより、図９（Ｋ）に示すように、電極層４２は、開口部３３を介し基板２０から露出した構成となる。
【００７０】
前述したように、この電極層４２は、個別電極４２−３と、配線部分４２−２，４２−１からなる。又、図８（Ｆ）に示したように、配線部分において、圧電層４１の一部が削られ、図８（Ｇ）に示したように、配線部分で、圧電層４１の上に絶縁層（平坦化層）５２が形成される。このため、図８（Ｈ）で示したように、配線部分のみ、圧電層４１と、振動板４０との間に、絶縁層（平坦化層）５２が介在する。
【００７１】
この実施の形態では、介在させる絶縁層４４に、平坦化層をもちいているため、平坦化層の形成プロセスで、絶縁層を介在することができる。
【００７２】
又、上記のように本実施例によれば、基板２０上にスパッタリング法等の薄膜形成技術を用いて電極層４２，圧電体層４１，振動板４０を順次形成し、エネルギー発生部を形成するため、従来に比べて薄いエネルギー発生部を高精度（上部電極と同じ形状）にかつ高信頼性をもって形成することができる。
【００７３】
更に、第１の実施例の変形例として、平坦化層５２とは、別に絶縁層４４を形成する。即ち、配線部分の圧電体層の再ミリング（図８（Ｆ））の変わりに、図８（Ｇ）の平坦化樹脂層形成後に、配線部分に、低誘電率材もしくは絶縁材をコーティングして、絶縁層４４を形成する。
【００７４】
この変形例では、平坦化層５２と別の材料で絶縁層を形成できる。即ち、平坦化層５２は、アクチュエータとして圧電体の駆動を拘束しないように、軟らかい材料を用いる。例えば、ポリイミド（ＰＩ）である。しかし、絶縁層は、配線部分で、圧電体と振動板の間に設けられるため、軟らかいと、振動板の固定が弱くなり、圧力損失を発生する。これに対し、別の材料で形成する場合には、低誘電率層又は絶縁層は、電気的な特性を要求されるだけのため、材料の硬さは関係しない。例えば、硬い材料を使用できる。このため、材料の選択範囲が広くなる。
【００７５】
［第２の実施例］
図１０は、本発明の第２の実施の形態のヘッドの上面図、図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図、図１２は、図１０のＢ−Ｂ断面図である。この実施例の図は、図３乃至図５の先の出願に対応している。従って、図３乃至図５で示したものは、同一の記号で示してある。
【００７６】
図１１に示すように、ヘッド基板２８には、共通インク路２５と、これに接続された多数の圧力室２６と、圧力室２６に接続されたノズル２７とが形成されている。このヘッド基板２８は、半導体プロセスにより形成される。このヘッド基板２８の各圧力室２６を覆うように、振動板４０が設けられている。振動板４０は、例えば、Ｃｒ等の導電膜で形成され、共通電極の機能を果す。
【００７７】
振動板４０の上には、圧電層４１が設けられる。この圧電層４１は、各圧力室２６に対し、独立に設けられる。この圧電層４１上に、個別電極層４２が設けられる。この個別電極層４２も、各圧電層４１に、独立に設けられる。
【００７８】
図１０に示すように、個別電極層４２は、各圧力室２６の位置に配置された個別電極４２−３と、ヘッド２３の端部に配置された端子４２−１と、これらを接続する接続部４２−２とを備える。従って、ヘッド本体２３の外周に配置された端子４２−１を用いて、外部のＦＰＣ１１と接続でき、圧力室２６の圧電層４１及び個別電極４２−３に荷重をかけずに接続できる。このため、高密度のノズルを形成するため、圧電層４１及び個別電極４２−３が、ミクロン単位に薄くなっても、駆動部分の損傷を防止できる。
【００７９】
この構造において、図１１及び図１２に示すように、個別電極層４２の配線部分である接続部４２−２、端子４２−３の下にも、圧電層４１が存在し、圧電アクチェータの積層構造を形成している。
【００８０】
振動板４０は、図１０の斜線で示すように、この配線部分を避けるように、設けられている。このため、配線部分では、共通電極が存在しないため、配線部分の静電容量をゼロにできる。従って、駆動時の圧電体の駆動遅れを防止できる。又、配線部分で、共通電極が存在しないため、配線部分での不要な圧電体の動作を防止でき、クロストークや接合部の剥がれを防止できる。
【００８１】
この振動板４０を形成するには、図８（Ｈ）において、振動板４０を図１０のように、パターン形成すれば良い。従って、簡単に実現できる。このとき、図１３に示すように、振動体４０を形成しない配線部分では、圧電層４１の下に、絶縁層４５を設けることにより、平坦化が可能となる。
【００８２】
但し、振動板４０は、圧力室の壁２８に十分支持されるように、圧力室の壁２８にも設けることが望ましい。例えば、図１３に示すように、振動板４０が、圧力室の壁２８に十分乗っからない場合には、圧電層４１と振動板４０の振動により、圧力室の壁２８と、振動板４０の間から、インクが染み出し、絶縁層４５と振動板４０の境から、平坦層側に入り、個別電極層４２と短絡を生じる恐れがある。
【００８３】
［第３の実施例］
図１４は、本発明の第３の実施の形態のヘッドの上面図、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図、図１６は、図１４のＢ−Ｂ断面図である。この実施例の図において、図３乃至図５で示したものは、同一の記号で示してある。
【００８４】
図１５に示すように、ヘッド基板２８には、共通インク路２５と、これに接続された多数の圧力室２６と、圧力室２６に接続されたノズル２７とが形成されている。共通インク路２５は、圧力室２６の両側に設けられている。このヘッド基板２８は、半導体プロセスにより形成される。このヘッド基板２８の各圧力室２６を覆うように、振動板４０が設けられている。振動板４０は、例えば、Ｃｒ等の導電膜で形成され、共通電極の機能を果す。
【００８５】
振動板４０の上には、圧電層４１が設けられる。この圧電層４１は、各圧力室２６に対し、独立に設けられる。この圧電層４１上に、個別電極層４２が設けられる。この個別電極層４２も、各圧電層４１に、独立に設けられる。
【００８６】
図１４に示すように、個別電極層４２は、各圧力室２６の位置に配置された個別電極４２−３と、ヘッド２３の端部に配置された端子４２−１と、これらを接続する接続部４２−２とを備える。従って、ヘッド本体２３の外周に配置された端子４２−１を用いて、外部のＦＰＣ１１と接続でき、圧力室２６の圧電層４１及び個別電極４２−３に荷重をかけずに接続できる。このため、高密度のノズルを形成するため、圧電層４１及び個別電極４２−３が、ミクロン単位に薄くなっても、駆動部分の損傷を防止できる。
【００８７】
この構造において、図１５及び図１６に示すように、個別電極層４２の配線部分である接続部４２−２、端子４２−３の下にも、圧電層４１が存在し、圧電アクチェータの積層構造を形成している。
【００８８】
振動板４０は、図１４の斜線で示すように、この配線部分を避けるように、設けられている。このため、配線部分では、共通電極が存在しないため、配線部分の静電容量をゼロにできる。従って、駆動時の圧電体の駆動遅れを防止できる。又、配線部分で、共通電極が存在しないため、配線部分での不要な圧電体の動作を防止でき、クロストークや接合部の剥がれを防止できる。
【００８９】
この振動板４０を形成するには、図８（Ｈ）において、振動板４０を図１４のように、パターン形成すれば良い。従って、簡単に実現できる。
【００９０】
［第４の実施例］
図１７は、本発明の第４の実施の形態のヘッドの上面図、図１８は、図１７のＡ−Ａ断面図、図１９は、図１７のＢ−Ｂ断面図である。この実施例の図において、図３乃至図５で示したものは、同一の記号で示してある。
【００９１】
図１８に示すように、ヘッド基板２８には、共通インク路２５と、これに接続された多数の圧力室２６と、圧力室２６に接続されたノズル２７とが形成されている。共通インク路２５の上には、インク供給穴２４（図２参照）が設けられている。このヘッド基板２８は、半導体プロセスにより形成される。このヘッド基板２８の各圧力室２６を覆うように、振動板４０が設けられている。
【００９２】
振動板４０は、例えば、Ｃｒ等の導電膜で形成され、共通電極の機能を果す。振動板４０の上には、圧電層４１が設けられる。この圧電層４１は、各圧力室２６に対し、独立に設けられる。この圧電層４１上に、個別電極層４２が設けられる。この個別電極層４２も、各圧電層４１に、独立に設けられる。
【００９３】
図１７に示すように、個別電極層４２は、各圧力室２６の位置に配置された個別電極４２−３と、ヘッド２３の端部に配置された端子４２−１と、これらを接続する接続部４２−２とを備える。従って、ヘッド本体２３の外周に配置された端子４２−１を用いて、外部のＦＰＣ１１と接続でき、圧力室２６の圧電層４１及び個別電極４２−３に荷重をかけずに接続できる。このため、高密度のノズルを形成するため、圧電層４１及び個別電極４２−３が、ミクロン単位に薄くなっても、駆動部分の損傷を防止できる。
【００９４】
この構造において、図１８及び図１９に示すように、個別電極層４２の配線部分である接続部４２−２、端子４２−１の下にも、圧電層４１が存在し、圧電アクチェータの積層構造を形成している。
【００９５】
振動板４０は、図１７の斜線で示すように、この配線部分を避けるように、設けられている。このため、配線部分では、共通電極が存在しないため、配線部分の静電容量をゼロにできる。従って、駆動時の圧電体の駆動遅れを防止できる。又、配線部分で、共通電極が存在しないため、配線部分での不要な圧電体の動作を防止でき、クロストークや接合部の剥がれを防止できる。
【００９６】
この振動板４０を形成するには、図８（Ｈ）において、振動板４０を図１７のように、パターン形成すれば良い。従って、簡単に実現できる。
【００９７】
［第５の実施の形態］
図２０は、本発明の第５の実施の形態のヘッドの斜視図であり、図６と対応している。図２０において、図６で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。図２０は、振動板４０として積層体（電極層４０−２＋剛性層４０−１）を用いたヘッドである。
【００９８】
この構成のヘッドの場合には、個別電極４２−３に接続する引出し配線部４２−２，４２−１の領域では、振動板４０として、絶縁体である剛性層４０−１のみを形成する。即ち、電極層４０−１は、図１０、図１４及び図１７の斜線部分のみ形成する。これによっても、配線部分の静電容量をゼロに出来、且つ圧電体の不要な振動を防止できる。
【００９９】
第１の実施例の形成方法において、図８（Ｈ）で電極層４０−２としてのＣｒ形成時にパターンニングを行い、駆動部領域にのみＣｒ膜を形成したのち、全面に剛性層４０−１（本実施例ではＴｉＮ；ヤング率６００ＧＰａ）を形成する。
【０１００】
以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１０１】
【産業上の利用可能性】
上述の如く本発明によれば、高密度ヘッドにおける薄膜素子の配線部分に低誘電率材層あるいは絶縁層を介在させ、又は共通電極を形成しないことにより、駆動部の静電容量を低下でき、駆動遅れを防止できる。且つ、配線部分の圧電体の伸縮を防止でき、断線・構造的クロストークの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマルチノズルインクジエットヘッドを用いたプリンタの構成図である。
【図２】 本発明の一実施の形態のインクジエットヘッドの概観図である。
【図３】 本発明の前提である先願にかかわるインクジエットヘッドの上面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】 本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図７】 図６のヘッドの製造工程説明図（その１）である。
【図８】 図６のヘッドの製造工程説明図（その２）である。
【図９】 図６のヘッドの製造工程説明図（その３）である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のインクジエットヘッドの上面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】図１０の構成の動作説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態のインクジエットヘッドの上面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】図１４のＢ−Ｂ断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態のインクジエットヘッドの上面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図である。
【図１９】図１７のＢ−Ｂ断面図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態のインクジエットヘッドの構成図である。
【図２１】従来のマルチノズルインクジエットヘッドの構成図である。
【図２２】従来のインクジエットヘッドの接続機構図である。

Claims (7)

1. インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、
   前記複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、
   前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、
   前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、
   前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層と、
   前記配線部の領域の前記圧電体層と前記振動板との間に設けられた前記圧電体層より低い誘電率を有する低誘電率層又は絶縁層とを有し、
   前記圧電体層は、前記配線部の全体にわたって形成されていることを
   特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
2. 請求の範囲１項記載のマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、前記低誘電率層又は絶縁層は、
   前記圧電体層間を平坦化する平坦化層で構成されたことを
   特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
3. インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、
   前記複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、
   前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、
   前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、
   前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層とを有し、
   前記振動板は、前記配線部の領域以外の領域に設けられたことを
   特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
4. 請求の範囲３項記載のマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、前記配線部の領域で、前記振動板と同じ層位置に、絶縁層を設けたことを
   特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
5. 請求の範囲３項または４項記載のマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、
   前記圧力室は複数の列に配置され、
   前記配線部は隣接する前記列の間の領域に設けられ、
   前記配線部の端部に接続される端子部が前記列の配列方向に垂直な方向に配置されたこと、
   を特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
6. 請求の範囲３項または４項記載のマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、
   前記振動板は、櫛の歯状の形状を有し、
   前記配線部は、前記櫛の歯状の形状の歯の間の領域に設けられること、
   を特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。
7. インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジエットヘッドにおいて、
   前記複数のノズルと複数の圧力室とを形成するヘッド基板と、
   前記複数の圧力室を覆い共通電極を兼ねる振動板と、
   前記振動板上に、前記各圧力室に対応して設けられる圧電体層と、
   前記圧電体層上に設けられ、前記圧力室に対応した個別電極部と、前記個別電極部のための配線部とを有する個別電極層とを有し、
   前記振動板は、前記配線部の領域以外の領域に設けられた共通電極層と、前記配線部の 領域および前記配線部の領域以外の領域の両方の領域に設けられた絶縁体である剛体層とを有することを
   特徴とするマルチノズルインクジエットヘッド。

Images